据说有三个苹果改变了我们的世界。第一个苹果诱惑了亚当和夏娃,第二个苹果砸中了牛顿的头,第三个苹果被乔帮主咬了一口,从而开创了现在的苹果帝国。这些说法显然夸张且经不住科学推敲,但不得不承认苹果是一家非常成功的公司 — 就像格力广告说的那样,苹果掌握着核心科技,其产品如iPhone、iPad、Apple Watch和Apple TV都采用了自家的A系列处理器

这张图片每年都要被PS一次,这次轮到A9了

虽然捧苹果iPhone手机并不是什么新鲜事,但苹果能够对抗整个安卓阵营也是有其强大的支撑。苹果被公认为是唯一一家能完全掌控生态链的公司。因为苹果一方面控制iOS软件系统,另一方面控制A系列处理器。软硬一体使得苹果在生态链中占据核心地位。

在处理器方面,苹果每年的发布会都会带来全新的处理器,明天凌晨的发布会iPhone 6s以及6s Plus将会搭载最新的A9处理器,据称采用最新的FinFET工艺生产,将进一步提升CPU和GPU的性能。传闻新款Apple TV甚至具备了主机级的性能,令人十分期待。

虽然官方尚未公布苹果A9处理器的具体参数,但是我们可以从苹果近年发布的A系列处理器中窥见一斑。在安卓阵营处理器核心数不断向4核、8核甚至10核的过程中,苹果一直保持着双核路线。

苹果移动设备产品线所用的历代处理器主要规格

苹果多年前还是ARM的原始股东,如今成为了ARM的合作伙伴,并且拥有自主设计兼容ARM ISA指令集的处理器架构的权利。

在处理器发展的历程中,苹果推出的前三代iPhone手机所使用的处理器并不是他们自行研发的,而是由三星设计的。直到iPhone 4推出的时候才有了属于苹果自己的A4处理器,这也是从2010年开始被应用在iPad等产品上。

但实际上,苹果推出自家的处理器不是一蹴而就的。在此之前,他们做了很多准备工作,如积极购买ARM公司的股权,收购ARM处理器设计公司(如PA Semi、Intrinsity等),挖掘技术精英(如Jim Keller)等等。

既然A4处理器是A系列的起点,我们可以从A4开始看看苹果这些年来都发布过哪些A系列处理器。

苹果A4:A系处理器的奠基人

苹果A4处理器

iPhone 4是苹果的经典手机之一,A4处理器也很经典。苹果首次在这款处理器上用了Ax的命名,采用的是单核Cortex-A8架构,并在此基础上做了一些修改。经过Intrinsity和三星的改进,A4处理器的L2缓存从256KB提升到了512KB,采用三星45nm工艺制造,核心面积为53mm2。

除了L2缓存外,A4相对于前代来说只是一次小改款,CPU最高频率提升到了1GHz,GPU频率提升到了250MHz,内存规格没有变化。尽管如此,A4的性能仍然明显领先于前代。除了iPhone 4,苹果也开始在iPad上采用这款处理器。

苹果A5:单核变双核,制程工艺交替

苹果A5处理器

在iPhone 4之后,苹果推出的手机是iPhone 4s,其所使用的处理器升级到了A5。最大的变化是苹果开始支持双核处理器,采用了自己修改的Cortex-A9核心。由于双核处理器,L2缓存也提升到了1MB,并开始支持LPDDR2内存,内存总容量也从之前的256MB提升到了512MB。整合的GPU采用了新一代的PowerVR SGX543MP2双核处理器。

实际上,A5处理器一共发布了三个不同的型号。首款仍然使用45nm工艺,核心面积达到了122mm2。然后苹果在iPad 2的某个型号上调整到了32nm HKMG工艺,核心面积降低到了69.6mm2,而Apple TV所用的处理器是单核版A5,核心面积则是37.8mm2。

苹果A5X:iPad开辟独立处理器产品线

苹果A5X处理器

在A5时代,实际上有4款不同的处理器,因为2012年苹果发布的iPad 3推出了New iPad的名字,并将分辨率提升到了2048×1536,是之前的四倍。分辨率的提升对GPU性能需求更加严格,因此苹果开始为iPad开辟了独立的处理器产品线,iPad 3使用了A5X处理器。

相比A5,A5X依然是双核A9架构的CPU核心。GPU核心从PowerVR SGX543MP2翻倍到了PowerVR SGX543MP4,并且内存从双通道提升到了四通道,带宽加倍。但因为45nm工艺的问题,A5X的核心面积也竟然达到了165mm2,这是苹果处理器以来核心面积最大的一款,至今没有超过。

苹果A6:自研CPU架构,频率提升

苹果A6处理器

随着发布的第一款产品为iPhone 5,屏幕尺寸增加到了4寸,分辨率为1136×640。对于系统性能的要求更高,苹果在此次升级中增强了A6处理器的性能。A6处理器首次使用了自研的Swift CPU架构,不再基于ARM的Cortex-A9架构修改。处理器频率也有了显著提升,达到了1.3GHz,集成的GPU核心是PowerVR SGX543MP3,运行频率提升到了266MHz,使用三星的32nm工艺制造。

苹果A6X:GPU继续升级

苹果A6X处理器

与iPad 4平板手机同代,苹果发布了A6X处理器。处理器仍然采用双核Swift架构,但频率略有提升,至1.4GHz。GPU核心继续升级,使用了PowerVR SGX554MP4,内存为四通道LPDDR2-1066,核心面积与A6相比也仅有所增加,达到了123mm2。

苹果A7:首款64位移动芯片,iPhone、iPad再次统一

苹果A7处理器

苹果对自主CPU架构的掌控能力不断增强,iPhone 5s所使用的A7处理器升级到了双核Cyclone架构,而且采用了ARMv8指令集,这是智能手机上首次应用64位指令集。与之配套的iOS 7系统也是64位的,苹果在2013年引领了64位潮流,让安卓阵营赶了一年的时间。

除此之外,苹果这次在iPhone和iPad产品线都使用了A7处理器,而未推出A7X处理器。苹果表示A7处理器性能强劲,足以满足iPad所需。A7加入的4MB L3缓存是移动处理器中非常独特的设计。

64位ARM架构、PowerVR G6430四核GPU和4MB L3缓存是A7处理器的亮点之一,处理器的核心面积达到了102mm2,是历代iPhone手机处理器中最大的一款。

苹果A8:20亿晶体管,但核心更小

去年发布的iPhone 6和iPhone 6 Plus满足了市场对大屏幕的需求,搭载了20纳米工艺的A8处理器,它采用改进的双核Cyclone架构,主频1.4GHz,GPU为PowerVR GX6450四核,主频450MHz,内存仍为前代64位LPDDR3-1600,不过A8处理器的晶体管数量达到了20亿个,是A7的两倍,但核心面积却从A7的102mm减少到了89mm2,这还要感谢TSMC的20nm工艺。

苹果A8X:首次采用三核CPU

苹果A8X处理器开始探索采用3核CPU架构

苹果的A7处理器可以同时用在iPhone和iPad上,但在A8时代,苹果又将A8X处理器加强版用在了iPad Air上,改动还不小,因为A8X是苹果首次尝试3核心CPU,GPU也从之前的4核G6450升级为8核G6850,性能依然非常强劲,这也让iPad Air 2继续保持了顶尖的性能。

苹果的A系处理器“固执”并不会轻易改变,A9会有大幅升级吗?

与安卓阵营的处理器厂商相比,苹果的A系处理器看起来更新速度很慢,其他厂商的手机已经开始推出8核甚至10核处理器,而苹果的iPhone仍然采用双核处理器。但事实上,苹果的A系处理器实际上在不断进化中,尽管更新幅度并不大,但在很多方面都领先于高通、联发科等厂商,这也是其他厂商无法追赶的优势。

苹果的A系处理器虽然在核心数量上不多,但单核性能一直是业界标杆,而且要考虑到苹果通常只需在1.3-1.4GHz频率下就可以达到这个水平,而高通、联发科等处理器的核心频率往往在2GHz甚至2.5GHz。

可以说,除了多核性能上略逊一筹外,A系处理器在架构设计、GPU性能、制程工艺等方面往往领先其他厂商。2013年,苹果A7处理器率先采用了64位移动处理器,而安卓厂商直到去年下半年才开始使用Cortex-A53等入门级64位核心处理器。4MB L3缓存的豪华设计也是其他厂商不敢轻易尝试的。

当然了,公平地说一下,苹果之所以能如此固执地设计自家的A系处理器,是因为他们无需考虑外部需求,而且苹果只做应用处理器,没有基带,而高通、联发科等则不同,他们需要对外销售产品,需要考虑成本和竞争力,而且基带也会占用很大一部分SoC核心面积。

关于即将发布的iPhone 6s、iPhone 6s Plus搭载的A9处理器,目前已知的信息是它将采用FinFET工艺,可能由三星的14nm或TSMC的16nm代工(或者两者同时),有传言称A9处理器的核心面积仅为85mm2,比A8还要更小。

苹果的处理器一直采用PoP封装,因此A9处理器将会封装系统内存,今年iPhone 6s将搭载2GB内存,且将使用功耗更低的LPDDR4,这也让搭载A9处理器和2GB内存的组合又一次给安卓厂商的旗舰机带来了新的竞争压力。